某型無人直升機滑撬式起落架受力及結(jié)構(gòu)強度仿真分析研究

王婷婷 王陸陽

（1.南京模擬技術(shù)研究所，江蘇南京210016；2.鄭州飛機裝備有限責(zé)任公司，河南鄭州450005）

0 引言

滑橇式起落架是無人直升機機身的固定結(jié)構(gòu)，吸收直升機著陸時由垂直速度產(chǎn)生的能量，減少著陸撞擊所引起的過載。此外，它還可以作為無人直升機的任務(wù)載荷（如偵察設(shè)備）的固定支架和保護裝置。因此，無人直升機起落架的受力及結(jié)構(gòu)強度分析在無人直升機設(shè)計中起著十分重要的作用。

某型無人直升機滑橇式起落架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 某型無人直升機起落架結(jié)構(gòu)

1 起落架受載分析

根據(jù)結(jié)構(gòu)部門提供的載荷工況，本文考慮兩滑撬同時著陸的情況。

兩橇筒底部同時觸地，機身處于水平姿態(tài)。在下述情況中，垂直載荷在左右橇上平均分配，阻力載荷和側(cè)向力載荷作用在平行于水平地面的接觸面上。

1.1 垂直著陸

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)要求：最大垂直載荷按使用下沉速度確定，方向為垂直地面向上。根據(jù)無人直升機起落架使用載荷和重心位置（圖2），計算該載荷下起落架的結(jié)構(gòu)強度是否滿足要求以及起落架的最大壓縮量，載荷在起落架上的分布如圖3所示。Ff=（b/L）×Pz/2≈3 144.4 N，F(xiàn)r=（a/L）×Pz/2≈4 058.6 N，其中Pz是無人直升機最大起飛重量并考慮3倍過載，Pz=490×9.8×3=14 406 N。

圖2 某型無人直升機全機重心位置圖

1.2 有前飛速度的著陸

圖3 某型無人直升機垂直工況著陸的起落架載荷分布

垂直載荷必須與等于垂直載荷的50%的阻力載荷合成，此合成的地面載荷應(yīng)等于規(guī)定的最大垂直載荷。根據(jù)起落架使用載荷，計算該載荷下起落架的結(jié)構(gòu)強度是否滿足要求以及起落架的最大壓縮量，載荷在起落架上的分布如圖4所示，放開的轉(zhuǎn)動自由度，如圖4所示。其中，F(xiàn)f≈3 144.4 N；Fr≈4 058.6 N；Fh=（1/2）×（0.5Pz）=3 601.5 N。

圖4 某型無人直升機有前飛速度著陸的起落架載荷分布

1.3 著陸中的側(cè)向力載荷

垂直載荷等于最大垂直載荷，作用在每一側(cè)滑撬上的側(cè)向載荷等于該橇上的垂直載荷的0.25倍，總的側(cè)向載荷僅沿一個橇筒長度作用。

根據(jù)起落架使用載荷，計算該載荷下起落架的結(jié)構(gòu)強度是否滿足要求以及起落架的最大壓縮量，載荷在起落架上的分布如圖5所示，其中固支處保留繞螺釘轉(zhuǎn)動的自由度。其中，F(xiàn)f≈3 144.4 N，F(xiàn)r≈4 058.6 N，F(xiàn)v=（1/2）×（0.25Pz）=1 800.75 N。

圖5 某型無人直升機帶前飛速度著陸的起落架載荷分布（向外）

2 有限元建模

2.1 單元選擇

根據(jù)建模簡化方案建立有限元模型，選擇殼單元（Shell181）進行網(wǎng)格劃分，起落架結(jié)構(gòu)有限元網(wǎng)格模型如圖6所示。

圖6 某型無人直升機起落架有限元網(wǎng)格圖

2.2 材料屬性

各材料名稱和屬性如表1所示。

表1 材料名稱和屬性

2.3 靜強度計算結(jié)果分析

根據(jù)結(jié)構(gòu)部門提供的載荷工況，對某型無人直升機鈦合金起落架進行了強度分析，得到的結(jié)果云圖如圖7、圖8、圖9所示，計算結(jié)果如表2所示。

圖7 垂直著陸工況計算結(jié)果

圖8 有前飛速度著陸工況計算結(jié)果

圖9 著陸中側(cè)向力工況計算結(jié)果

表2 各個工況計算結(jié)果比較

3 結(jié)語

本文根據(jù)某型無人直升機起落架結(jié)構(gòu)模型，開展了多個工況的受載載荷分析，并結(jié)合ANSYS軟件，建立了有限元仿真分析模型，計算了該滑撬式起落架靜強度，得出其各個工況的最大應(yīng)力和變形量。分析結(jié)果表明，該起落架的結(jié)構(gòu)強度滿足產(chǎn)品設(shè)計要求。